JP7445520B2 - ガス発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸着処理によって特定の成分を分離させ、目的とする成分のガスを取り出すガス装置の技術に関する。

原料ガスから特定成分のガスを分離する技術として、特定の圧力状態で吸着剤に原料ガスを流して、分離したいガスを吸着させるＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption：圧力変動吸着）方式を利用したものが知られている。生成されたガスは、たとえば酸化防止を必要とする工業施設やエレクトロニクス分野の施設におけるバージガス、乾燥用ガスとして利用されるほか、実験設備内に流すキャリアガスとして利用される。
このようなガス発生装置では、吸着剤が充填されたタンクを利用してガスを分離させる手法が用いられる。この場合、ガスの生成量を増加させるために、複数のタンクを利用し、タンク同士をマニホールドで連通させるものがある（たとえば、特許文献１）。

特開平１０－２８６４２５号公報

ところで、このようなガスの分離生成を行うガス発生装置が設置される工場や実験施設では、設置スペースが限られているため、特定成分の製品ガスが大量に要求されるとしても、大型のタンクを設置することは困難である。また省スペース化を図るために、複数の小型のタンクで原料ガスを分離して製品ガスの生成を行う構成にした場合、各タンクに原料ガスの供給や生成された製品ガスを回収するための管路を設けることになり、部品数の増加や、配管の複雑化、設置やメンテナンス時の作業性が低下する可能性があるという課題がある。
さらに、複数のタンクを同じ処理タイミングで動作させる場合、原料ガスの供給部やガスの回収手段までの流路長さの相違などにより、製品ガスの分離や排出、排気ガスの放出処理に要する時間がタンクごとに異なる場合がある。これにより、ガス発生装置では、全てのタンクの処理が完了するまで次の処理に移行させることができず、製品ガスの生成処理の遅延や、ガスの供給量の不安定化が発生する可能性があるという課題がある。
そのため、本発明の発明者は、原料ガスの供給、同じ処理タイミングで製品ガスを生成するタンク間で、処理やタンク内の状態を均等またはそれに近い状態に近づけることで、安定的な製品ガスの供給を実現するとともに、ガス発生装置の小型化が図れるとの知見を得た。

斯かる課題について、特許文献１には開示や示唆はなく、特許文献１に開示された構成では斯かる課題を解決することができない。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、並列接続した複数のタンク間内でガス生成処理を均一に行わせて、ガス生成量を増加させるとともにガス生成処理の安定化を図ることにある。

上記目的を達成するため、本発明のガス発生装置の一側面は、原料ガスを取込む原料ガス供給管路と、同じ処理タイミングで前記原料ガスから製品ガスの生成処理を行う複数の吸着タンクと、前記製品ガスを貯める製品タンクと、複数の前記吸着タンクが並列に接続され、少なくとも共通の流路を通じて前記吸着タンクに対して原料ガスの供給と前記吸着タンク内の排気ガスを排出に利用する第１の連通管を含む連通部と、前記連通部と前記吸着タンクとの間に介在し、前記連通部と前記吸着タンクとを繋ぐ流路の少なくとも一部に前記連通部の内径よりも径小なオリフィスを備える接続部と、前記吸着タンクで発生した排気ガスを排気側に流す排気管路と、一端が前記第１の連通管に接続される第１の管路と、前記原料ガス供給管路と前記第１の管路と前記排気管路に接続され、切替え指示により、前記第１の管路に対して前記原料ガス供給管路または前記排気管路のいずれかに流路を切替える流路切替え手段と、前記流路切替え手段に対して前記切替え指示を出力して、製品ガスの吸着工程のタイミングで前記原料ガスの取り込みを実行させ、前記吸着タンクからの排気工程のタイミングで前記吸着タンク内の排気ガスを前記第１の連通管および前記第１の管路を通じて前記排気管路に導く制御部とを備え、前記連通部に接続した複数の前記吸着タンクと前記製品タンクが一列に配置される。

上記ガス発生装置において、前記連通部は、前記吸着タンクの一端側に接続され、生成された製品ガスを回収して前記製品タンクに流す第２の連通管を含み、一端が前記第２の連通管、他端が製品ガス供給管路に接続される第２の管路と、前記第２の管路に設置され、前記吸着タンクから前記製品タンクへの製品ガスの流入を規制する規制手段とを備え、前記制御部は、前記吸着タンクから製品ガスの取り出し工程の実行タイミングで前記規制手段に対する開閉指示を出力する。
上記ガス発生装置において、一列に配列された前記吸着タンクと前記製品タンクを含む第１の吸着ユニットと、前記第１の吸着ユニットと同様の構成であり、前記第１の吸着ユニットに隣接して配置される第２の吸着ユニットとを備え、前記制御部は、前記第１の吸着ユニットと前記第２の吸着ユニットを異なるタイミングで製品ガスの生成処理を実行させてよい。
上記ガス発生装置において、隣接した前記第１の吸着ユニットの前記製品タンクと前記第２の吸着ユニットの前記製品タンクとを並列に接続させる製品ガス連通部と、前記製品ガス連通部に接続され、前記製品タンクから回収した製品ガスを排出側に流す製品ガス管路とを備えよい。
上記ガス発生装置において、さらに、前記吸着タンクおよび前記製品タンクを載置させる載置面が形成された台座部を備え、前記吸着タンクおよび前記製品タンクが前記載置面上にマトリクス状に配置されてよい。

本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。
(1) 径小な接続部を介して連通部に複数の吸着タンクが接続されることで、タンク間の給気、排気処理タイミングの均一化が図れる。
(2) 共通の吸着ユニット内のタンク同士の処理タイミングが均一化されることで、製品ガスの供給処理の安定化が図れる。
(3) 複数のタンクが連通部で並列に接続されることで、部品数の削減による低コスト化や組立てもしくはメンテナンスの作業性の向上が図れる。
(4) ガス発生装置の小型化、省スペース化が図れる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

一実施形態に係るガス発生装置の外観構成例を示す斜視図である。 ガス発生装置の前面側の配管構成例を示す図である。 製品ガス回収側の構成例を示す図である。 タンクに原料空気を供給する状態例を示す図である。 タンクから排気ガスを排出させる状態例を示す図である。 製品ガスの回収状態例を示す図である。 ガス吸着部の内部構成例を示す図である。 製品ガス貯留部側の構成例を示す図である。 制御部の構成例を示す図である。 ガス発生装置の機能構成例を示す図である。 ガス生成部の機能構成例を示す図である。

〔一実施形態〕
図１は、一実施形態に係るガス発生装置２の構成例を示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されない。
このガス発生装置２は、吸着剤が充填されたタンクの内部を所定圧力状態にし、このタンク内に充填されている吸着剤により原料空気Ａｉｒから目的とする製品ガスＳＧを分離して取り出す、ＰＳＡ式のガス分離機能を備える。ガス発生装置２は、分離した製品ガスＳＧを図示しないガス供給先に流すほか、不要なガスを排気ガスＥＧとして排出する。原料空気Ａｉｒは、たとえば大気中の空気である。また製品ガスＳＧは、たとえば窒素や水素などであり、ガス供給先が要求するガス成分が原料空気Ａｉｒから分離される。
ガス発生装置２には、たとえば図１に示すように、下部側に所定の高さの台座４を備えており、複数の吸着タンク８－１および製品タンク８－２が台座４の上面の載置面６上に載置されている。

このガス発生装置２には、たとえば複数のタンク８のうち、前部側に吸着タンク８－１で構成されるガス吸着部１０、後部側に製品タンク８－２で構成される製品ガス貯留部１２を備える。そのほか、ガス発生装置２には、たとえばタンク８よりも前面下部側に原料ガスや排気ガスＥＧを流す管路を含むガス供給・排気部１４を備えるほか、前面上部側に製品ガスＳＧを流す管路を含む製品ガス流動部１５を備える。

＜タンク８について＞
吸着タンク８－１は、所定のガスを吸着させることで原料空気Ａｉｒから目的のガス成分を分離させる手段であり、内部に吸着剤が充填されている。この吸着剤は、たとえば分子ふるい性能を有するカーボン（Carbon）材料、ゼオライト（Zeolite）などであって、粒状や膜状に形成されており、原料空気Ａｉｒを接触させ、または通過させることで特定のガス成分を吸着する。ガス発生装置２では、ＰＳＡ式ガス分離処理として、原料ガスに含まれる成分に対し、吸着させたいガス成分に応じた吸着剤が選択されるとともに、吸着タンク８－１内の圧力状態が設定される。この吸着剤は、たとえば原料ガスが空気であり、製品ガスＳＧとして窒素ガス（Ｎ）を取り出す場合、酸素（Ｏ２）を吸着可能な材料が用いられる。
また、吸着タンク８－１は、吸着したガスを不要な排気ガスＥＧとして、排気処理タイミングでタンクから排出する。
製品タンク８－２は、吸着タンク８－１で分離された製品ガスＳＧを貯留させ、常時または所定の要求タイミングでガス発生装置２からガス要求側に排出する。

ガス発生装置２は、たとえば図１に示すように、縦横４基ずつの合計１６基のタンク８が配置されており、隣接するタンク同士の一部または全部を接触させ、もしくはタンク同士で所定の間隔をとってマトリクス（行列）状に配置されている。このガス発生装置２では、たとえば前面側の縦方向に３基横方向に４列が吸着タンク８－１であってガス吸着部１０を形成し、後部側の横方向に１列が製品タンク８－２であって製品ガス貯留部１２を形成している。このガス発生装置２は、吸着タンク８－１と製品タンク８－２を所定の本数ずつに区分し、組み合わせてガスの生成処理を行っている。

吸着タンク８－１および製品タンク８－２は、たとえば同一の形状、同一の寸法で形成されており、上下方向に開口部が向けられた円筒状で、その開口部にそれぞれ蓋１６が設置されている。吸着タンク８－１および製品タンク８－２は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料で構成されている。この上下の蓋１６は、たとえば４つの角部に近い位置に支持軸１８が挿通されており、この支持軸１８の端部に形成されたネジ山に対してナットなどの固定部材２０を締め込むことで、開口部に対して密着状態となる。
なお、吸着タンク８－１および製品タンク８－２は、ガス発生装置２に要求されるガス供給量などに応じて、形状や寸法が設定されてもよい。

ガス発生装置２には、たとえばガス給気・排気部１４として、前面側中央付近に原料空気Ａｉｒを取込む給気管路２２と、生成された製品ガスＳＧをガス供給側に排出させる製品ガス排出管２４を備えている。この給気管路２２には、たとえば原料空気Ａｉｒの供給源として、図示しないコンプレッサや空気が貯留されるタンク、その他プラント施設に設置された他の機器の排気管路などが接続される。ガス吸着部１０は、給気管路２２から供給された原料空気Ａｉｒを利用してガスの生成処理を行う。
製品ガス排出管２４は、たとえば図示しない製造装置やプラント設備の管路が接続されており、製品ガス貯留部１２から製品ガス流動部１５を通じて導かれた製品ガスＳＧをガス要求側に流す。

ガス発生装置２の天井側には、吸着タンク８－１の蓋１６の中央、またはそれに近い位置に、タンク内部からガスを通過させる通気部に対し、区分された吸着タンク８－１を連通する連通管２６や、この連通管２６に接続された製品ガス回収管２８、製品ガス貯留部１２の製品タンク８－２同士が接続された連通管３０のほか、連通管３０に接続された製品ガス管３２を備える。

＜ガス発生装置２の前面側の構成について＞
図２は、ガス発生装置２の前面側の配管構成例を示している。
このガス発生装置２では、たとえば図２に示すように、前後方向に１列に配置された３本の吸着タンク８－１と後部の１本の製品タンク８－２を組み合せて、吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄを構成している。これらの吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄは、製品ガスＳＧの生成処理の動作単位であり、ユニットごとに独立して製品ガスＳＧを生成する。ガス発生装置２は、たとえば吸着ユニット３４Ａ、３４Ｃが本開示の第１の吸着ユニット、吸着ユニット３４Ｂ、３４Ｄが本開示の第２の吸着ユニットとし、隣接する吸着ユニットが異なるタイミングで吸着処理を行うように制御する。
さらにガス発生装置２の制御処理では、隣接する吸着ユニット３４Ａと吸着ユニット３４Ｂをガス生成部Ｉとし、吸着ユニット３４Ｃと吸着ユニット３４Ｄをガス生成部ＩＩとして組み合せ、これらのガス生成部のいずれか一方または両方を同時または所定のタイミングで組み合せて運転させる。
このように複数の吸着タンク８－１を組み合せた吸着ユニットごとにガス生成処理を行うことで、大型のタンクを用いることなく、製品ガスＳＧの生成容量を増大させることができる。

ガス給気・排気部１４には、たとえば、吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄごとに給気管路２２から原料空気Ａｉｒを取込む通気流路３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄを備える。給気管路２２は、接続された複数の通気流路３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄに対して、内部を流れる原料空気Ａｉｒを並列に分岐することから、マニホールドとして機能する。
通気流路３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄは、吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄごとに設けられた流路３８に接続されている。この流路３８は、一端側が台座４の内部に配置されており、通気流路３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄを通じて供給される原料空気Ａｉｒを吸着タンク８－１の底部側に導く。
またガス発生装置２は、排気管路４０を備えている。この排気管路４０は、吸着タンク８－１内で分離された排気ガスＥＧを図示しない排気部側に導く管路の一例である。排気管路４０は、一端側が分岐管４２を介して流路３８に接続され、他端側が台座４の内部に形成された排出部に配置される。
この分岐管４２は、流路３８を通気流路３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄと排気管路４０とを接続させる手段の一例である。ガス発生装置２では、たとえば通気流路３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ上に開閉弁ＣＶ１もしくは開閉弁ＣＶ２を備えるとともに、排気管路４０上に開閉弁ＣＶ３もしくは開閉弁ＣＶ４が設置されており、運転制御により開閉処理が設定されることで、流路３８を通気流路３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄまたは排気管路４０への管路が切替えられる。つまり分岐管４２および開閉弁ＣＶ１、ＣＶ２は、ガス発生装置２の工程ごとの制御指示により、原料空気Ａｉｒの供給経路、または排気ガスＥＧの排出経路を切替える本開示の流路切替え手段の一例である。

ガス発生装置２の製品ガス流動部１５には、製品タンク８－２から製品ガスＳＧを導く製品ガス管３２が製品ガス排出管２４に向けて配置され、接続されている。製品ガス流動部１５には、たとえば製品ガス管３２、連通管２６、製品ガス回収管２８上に製品ガスＳＧの流量や配管内部の圧力を計測する計測手段を備えてもよい。
そのほか、ガス発生装置２には、製品ガスＳＧの生成処理、排気ガスＥＧの排気処理、その他、ガス発生処理の制御を行う制御装置４４を備える。この制御装置４４は、コンピュータで構成されており、たとえばガス発生装置２の前面側に向けて運転状態、工程管理などの情報を表示するモニタや、ガス発生処理の制御指示を入力する操作ボタンなどを含む表示・操作部４６を備える。
そのほか、ガス発生装置２は、ガス吸着部１０および製品ガス貯留部１２を構成する複数のタンク８同士を固定する手段として、横方向に隣接するタンクの蓋１６同士を指示する連結指示部５０（図３）を備えてもよい。この連結指示部５０は、たとえば剛性のある金属材料で構成して強固に固定してもよく、または柔軟性のある樹脂材量などにより外部からの振動などを吸収可能な状態にしてもよい。

＜製品ガスＳＧの回収側の構成例＞
ガス吸着部１０には、たとえば図３に示すように、吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄごとに複数の吸着タンク８－１が接続管４８を介して連通管２６に接続されており、分離した製品ガスＳＧが連通管２６内に回収される。接続管４８は、たとえば各吸着タンク８－１の蓋１６にある通気部に接続された製品ガスＳＧの回収手段の一例であり、連通管２６の内径よりも径小に形成されている。連通管２６内に回収された製品ガスＳＧは、吸着タンク８－１の内部圧力などにより製品ガス回収管２８を通じて製品タンク８－２に導かれる。
また製品ガス貯留部１２では、吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの各製品タンク８－２が接続された連通管３０に製品ガスＳＧが回収され、製品ガス管３２側に流されている。

＜ガス吸着部１０の底部側について＞
図４、図５は、ガス吸着部およびガス管路側の構成例を示している。
台座４には、たとえば図４に示すように、内部に配管を配置させる管路収納部５２があり、その一部に吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄごとに、複数の吸着タンク８－１を並列に接続する連通管５４が設置されている。この連通管５４は、一端側が台座４の内部に配置された流路３８に接続されるとともに、他端側が所定の間隔を開けて接続管５６を介して吸着タンク８－１と接続されている。つまり複数の吸着タンク８－１は、連通管５４により流路３８に対して並列に接続されている。
接続管５６は、たとえば各吸着タンク８－１の蓋１６にある通気部に接続されており、吸着タンク８－１と連通管５４との間に径小な流路を形成する。

ガス発生装置２では、吸着タンク８－１に対する原料空気Ａｉｒの流入処理において、分岐管４２を介して通気流路３６Ａと流路３８を接続するように開閉弁ＣＶ１を開状態にするとともに排気管路４０側の開閉弁ＣＶ３を閉状態に制御する。これにより連通管５４内には、たとえば供給元で付加された圧力で原料空気Ａｉｒが流入し、満たされる。そして、吸着タンク８－１には、連通管５４内の原料空気Ａｉｒが接続管５６を通じて同時、またはそれに近いタイミングで流入する。つまり、連通管５４は、並列に接続した複数の吸着タンク８－１に対するマニホールドとして機能する。

さらに、ガス発生装置２では、たとえば図５に示すように、吸着タンク８－１からの排気処理において、通気流路３６Ａ側の開閉弁ＣＶ１を閉状態にするとともに、排気管路４０側の開閉弁ＣＶ３を開状態にすることで、分岐管４２を介して流路３８と排気管路４０とを接続させる。これにより、連通管５４には、たとえば大気圧になっている排気管路４０の放出部と接続されることで、吸着タンク８－１に対して負圧となり、吸着タンク８－１内に残留する排気ガスＥＧが接続管５６を介して流入する。そして、連通管５４に流入した排気ガスＥＧは、流路３８、分岐管４２を介して排気管路４０側に流入し、図示しない排気部側に流される。

なお、排気部は、たとえば台座４の内部に形成された排気ガスＥＧをガス発生装置２から排出させる機能部の一例であり、排気ガスＥＧの温度や流量を低下させて排気音を低減させる手段などを備えてもよい。

＜ガス吸着部１０の上部側の構成について＞
ガス発生装置２では、たとえば図６に示すように、ガス吸着部１０で分離された製品ガスＳＧが各吸着タンク８－１の天井側から接続管４８を通じて連通管２６内に流入する。ガス発生装置２では、たとえば吸着処理において、製品ガス回収管２８上に設置された開閉弁ＣＶ６（図２）を閉状態にすることで、吸着タンク８－１と連通管２６とを密閉状態に維持させる。そして、吸着処理が完了し、製品ガスＳＧの回収処理のタイミングになると、開閉弁ＣＶ６を開状態にすることで、並列に接続した複数の吸着タンク８－１から同等のタイミングで製品ガスＳＧが連通管２６内に流入し、製品ガス回収管２８を通じて製品ガス貯留部１２側に流される。

＜ガス吸着部１０の内部状態について＞
図７は、ガス吸着部１０の内部構成例を示している。
このガス吸着部１０の吸着タンク８－１は、たとえば図７に示すように、底部側と上部側が連通管２６、５４に対して並列状態で接続されている。
原料空気Ａｉｒの供給または排気ガスＥＧの排出処理に利用する連通管５４は、たとえば内径Ｄ１が図示しない流路３８と同等の大きさで形成されており、原料空気Ａｉｒの供給元で付加された供給圧力により処理の流量Ｑ０で原料空気Ａｉｒが流入可能となっている。連通管５４は、流路３８から流入する原料空気Ａｉｒの分流手段であることから、流路３８との接続側から連通管５４の端部側に向けて微小な圧力損失はあるが、接続される各吸着タンク８－１に対する圧力は略同等である。

また連通管５４と各吸着タンク８－１とを接続する接続管５６の内径Ｄ２は、連通管５４の内径Ｄ１よりも径小である。これにより、接続管５６は、原料空気Ａｉｒが内部を流れときに、連通管５４から吸着タンク８－１との間の流路に形成されたオリフィスとなる。このとき連通管５４と接続管５６の内部には、たとえば管内流のエネルギー保存則により、接続管５６内は、連通管５４内の流速よりも早くなるとともに、内部圧力が低下する。
これにより、ガス吸着部１０では、一部のタンク内に集中的に原料空気Ａｉｒを流入させず、各吸着タンク８－１に対する原料空気Ａｉｒの流量Ｑｕ１、Ｑｕ２、Ｑｕ３が略同等に調整される。

なお、ガス発生装置２では、たとえば流量Ｑｕ１、Ｑｕ２、Ｑｕ３を均等するために、原料空気Ａｉｒの流量Ｑ０や供給圧力に応じて、連通管５４の内径Ｄ１や接続管５６の内径Ｄ２を設定すればよい。連通管５４、接続管５６の内径の比率は、たとえば圧力損失や設定したい流速などに基づくほか、管内やタンク内におけるガスの流動状態が層流または乱流となるように、任意に設定すればよい。

また、製品ガスＳＧを回収する吸着タンク８－１の上部側にある連通管２６の内径Ｄ４は、たとえば製品ガス回収管２８と同等、または径大に形成されており、吸着タンク８－１内に付加される内部圧力により所定の流量ＱＧで製品ガスＳＧが排出可能となっている。
連通管２６は、複数の吸着タンク８－１から流入する製品ガスＳＧの合流手段であり、タンクごとに排出側までの距離の相違による微小な圧力損失はあるが、接続される各吸着タンク８－１から受ける圧力は略同等である。

連通管２６と各吸着タンク８－１とを接続する接続管４８の内径Ｄ３は、連通管２６の内径Ｄ４よりも径小である。これにより、接続管４８は、製品ガスＳＧの排出時に、吸着タンク８－１から連通管２６との間の流路に形成されたオリフィスとなる。この場合も、既述のように、管内流のエネルギー保存則により、接続管４８内は、吸着タンク８－１内よりも流速が早くなるとともに、内部圧力が低下する。
これにより、ガス吸着部１０では、一部のタンクから集中的に製品ガスＳＧを連通管２６側に流出させず、製品ガスＳＧの流量Ｑｅ１、Ｑｅ２、Ｑｅ３が略同等に調整される。

＜製品ガス貯留部１２側の構成について＞
図８は、製品ガス貯留部１２の内部構成例を示している。
この製品ガス貯留部１２の製品タンク８－２は、たとえば図８に示すように、上部側が連通管３０に対して並列状態で接続されている。この連通管３０は、端部が製品ガス管３２に接続されており、所定の間隔を開けて接続管５８を介して製品タンク８－２と接続されている。つまり製品タンク８－２は、連通管３０により製品ガス管３２に対して並列に接続されている。
この接続管５８の内径は、連通管３０の内径よりも径小に形成されており、既述のように接続管５８内に製品ガスＳＧを流すとき、連通管３０と製品タンク８－２との間の流路に形成されたオリフィスとなっている。製品ガスＳＧの排出処理では、たとえばガス吸着部１０側から付加される圧力、または図示しない製品ガスＳＧ排出手段や製品ガスＳＧの要求負荷側からの負圧により、各製品タンク８－２から略均等に連通管３０側に製品ガスＳＧが排出される。

＜制御部６０ついて＞
図９は、制御部の構成例を示している。
この制御部６０は、たとえばガス発生装置２の筐体内部に収納される制御装置４４を構成する制御基板やシーケンサなどのＰＬＣ（Programmable Logic Controller）であって、コンピュータで形成される。また制御部６０は、筐体外部に配置されたＰＣ（Personal Computer）などを利用してもよい。制御部６０は、たとえばプロセッサ（Processor）６２、メモリ６４、タイマ６６、表示部６８、Ｉ／Ｏ（Input／Output）７０等が含まれる。

プロセッサ６２は、ガス発生装置２の基本動作を制御するＯＳ（Operating System）や吸着・再生工程や均圧工程における開閉弁ＣＶ１、ＣＶ２・・・・ＣＶ７などの動作を制御するプログラムの演算手段の一例である。
メモリ６４は、記憶手段の一例であり、ＯＳや各種プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶領域や、プロセッサ６２によるプログラムの演算処理を実行させるためのＲＡＭ（Random Access Memory）などの処理領域が含まれる。
タイマ６６は、製品ガスＳＧを生成するための吸着・再生工程、均圧工程などの処理時間を計時する手段の一例であり、ハードウェアとしてのタイマのほか、プログラムの実行により計時するソフトウェアタイマであってもよい。
表示部６８は、ガス発生装置２の動作状態や設定などを表示する手段の一例であり、既述の表示・操作部４６を構成する。
Ｉ／Ｏ７０は、制御部６０の外部インターフェースの一例であり、信号ケーブル用のコネクタや無線通信を利用する場合の送受信コネクタを備えてもよく、制御対象である開閉弁ＣＶ１、ＣＶ２、・・・ＣＶ７や圧力計などの計測部７２と接続される。

＜ガス発生装置２の機能構成および動作制御について＞
図１０は、ガス発生装置２の全体の機能構成例を示しており、図１１は、ガス生成部Ｉ、ガス生成部ＩＩの機能構成例を示している。図１０、図１１に示す構成は一例である。
このガス発生装置２は、たとえば図１０に示すように、取込んだ原料空気Ａｉｒが給気管路２２を通じて取込まれる。この給気管路２２には、たとえば圧力計ＰＧ１により管内の状態が監視されればよく、この監視結果が制御部６０や図示しない計装ラインに通知されればよい。制御部６０では、これらの監視結果、および動作制御プログラムによって各開閉弁ＣＶ１、ＣＶ２・・・ＣＶ７などに対して開閉指示を出力すればよい。
ガス発生装置２は、たとえば制御部６０からの動作指示にしたがって、ガス生成部Ｉ、ガス生成部ＩＩの運転制御が行われており、これらのいずれか一方または両方の運転によって生成された製品ガスＳＧが連通管３０を介し、製品ガス管３２を通じて排出側に流される。この製品ガス管３２には、たとえば製品ガスＳＧの状態監視手段として、圧力計ＰＧ４、ＰＧ５、ＰＳ２、流量計ＤＦＭ１などを備えてもよい。これらの監視結果は、制御部６０側に通知され、表示部６８に表示されるほか、ガス発生処理の制御情報として利用される。

ガス生成部Ｉ、ガス生成部ＩＩは、たとえば図１１に示すように、給気管路２２から流入した原料空気Ａｉｒを、吸着工程に入る吸着タンク８－１に向けて流すように、開閉弁ＣＶ１、ＣＶ２が制御され通気流路３６Ａ、３６Ｃが開状態となる。さらに、ガス生成部Ｉ、ガス生成部ＩＩは、生成された製品ガスＳＧを製品ガス貯留部１２側に流すために、開閉弁ＣＶ６またはＣＶ７の開閉処理が行われる。

ガス生成部Ｉ、ガス生成部ＩＩは、排気工程となった吸着タンク８－１からの排気ガスＥＧを取込み、排気管路４０に流すように、開閉弁ＣＶ３、ＣＶ４の開閉制御を行う。そして排気ガスＥＧは、排気管路４０を通じて排気部７４から装置外部、または図示しない排気処理装置側に排出される。

＜ガス生成処理の工程について＞
ここでは、ガス生成工程の一例を示す。
ガス生成部Ｉでは、吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂを異なる工程で動作させて連続的に製品ガスＳＧの生成処理を行っている。またガス生成部ＩＩでも同様に、吸着ユニット３４Ｃ、３４Ｄを組み合せて動作させている。ここでは、ガス生成部Ｉにおける工程処理を示す。
吸着ユニット３４Ａ側の３つの吸着タンク８－１をそれぞれＡＴ１－Ａ、ＡＴ１－Ｂ、ＡＴ１－Ｃとし、吸着ユニット３４Ｂ側の３つの吸着タンク８－１をそれぞれＡＴ２－Ａ、ＡＴ２－Ｂ、ＡＴ２－Ｃとする。

吸着工程では、吸着ユニット３４Ａ側の吸着工程と吸着ユニット３４Ｂ側の再生工程が同時に行われる。この再生工程では、たとえば開閉弁ＣＶ４を開いてタンク内の圧力を大気圧に開放するとともに、吸着工程のタンク側から高純度の製品ガスＳＧを流すことで、原料空気Ａｉｒから分離した製品ガスＳＧの一部が吸着剤から離されて吸着部外に排出させる。再生処理では、吸着タンク８－１内を減圧して吸着能力を低下させることで、製品ガスＳＧのガス成分を離脱させていく。その後、吸着ユニット３４Ａ内の圧力が大気圧になると、吸着剤は特定のガス成分が豊富な状態となり、同時に吸着剤の周りも、特定のガス成分が豊富な状態となる。そのため吸着剤は、それ以上特定のガス成分を脱着しなくなる。オリフィスＯＲ１を通じて吸着タンク８－１内に製品ガスＳＧを適量流入させると、吸着剤の周りに製品ガスＳＧが送り込まれてその他の排気ガスＥＧが追い出される。吸着剤は、特定のガス成分が吸着している細孔内とその周囲の特定のガス成分濃度に差ができ、この特定のガス成分の拡散力で、製品ガスＳＧとの置換が進んで脱着させることができる。これにより再生処理を完了させることができる。

また、別タイミングで、吸着タンクＡＴ１－Ａ、ＡＴ１－Ｂ、ＡＴ１－Ｃ側の再生工程と吸着タンクＡＴ２－Ａ、ＡＴ２－Ｂ、ＡＴ２－Ｃ側の吸着工程が同時に行われる。また吸着・再生工程の間には、均圧工程を実行する。開閉弁ＣＶ１～ＣＶ７、ＣＶ５’は、吸着工程を実行する吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ側に原料ガスを流入し、製造された製品ガスＳＧを製品ガス貯留部１２側に流す回路を形成するとともに、再生工程を実行する吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ側を他の吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂから遮断し、排気通路を形成する。均圧工程では、吸着工程の実行に応じて、均圧流路を形成すればよい。

ガス生成処理では、吸着・再生工程の開始処理として、ガス要求に基づき、ガスの製造流量などに基づいてガス生成部の運転台数が設定される。制御部６０は、タイマ６６による計時情報を利用して吸着・再生工程の実行時間の管理処理を行う。

制御部６０は、開閉弁ＣＶ１を開状態にするとともに、他の開閉弁ＣＶ２、ＣＶ３、ＣＶ６、ＣＶ７を閉状態にする。開閉弁ＣＶ１、ＣＶ６を開状態にさせて原料空気Ａｉｒを吸着タンクＡＴ１－Ａ、ＡＴ１－Ｂ、ＡＴ１－Ｃに流入させる。これにより吸着タンクＡＴ１－Ａ、ＡＴ１－Ｂ、ＡＴ１－Ｃ内の圧力が上昇し、吸着剤によって特定のガス成分が優先的に吸着されていき、製品ガスＳＧの濃度（純度）が高まる。製品ガスＳＧは、開状態の開閉弁ＣＶ６を通じて製品タンク８－２に溜められ、高濃度ガスとして供給される。吸着ユニット３４Ｂ側では、排気管路４０の開放により内部圧力が低下していき、吸着剤に付着したガス成分が分離する。吸着タンクＡＴ１－Ａ、ＡＴ１－Ｂ、ＡＴ１－Ｃから吸着タンクＡＴ２－Ａ、ＡＴ２－Ｂ、ＡＴ２－Ｃに製品ガスＳＧの一部がオリフィスＯＲ１を通過して流入すると、残留したガス成分が排気管路４０側に流され、吸着剤が再生する。

吸着・再生工程が完了すると、ガス発生装置２では、均圧工程を開始させる。この処理では、たとえば原料空気Ａｉｒの流入停止や、製品ガス貯留部１２内の残量ガス監視等を行う。制御部６０は、タイマ６６による計時情報を利用して均圧工程の実行時間の管理処理を行う。制御部６０は、たとえば加圧状態の吸着タンクＡＴ１－Ａ、ＡＴ１－Ｂ、ＡＴ１－Ｃ内の残留した製品ガスＳＧを吸着タンクＡＴ２－Ａ、ＡＴ２－Ｂ、ＡＴ２－Ｃ側に流して均圧する。

ガス発生装置２では、均圧工程が完了すると、吸着タンクＡＴ２－Ａ、ＡＴ２－Ｂ、ＡＴ２－Ｃ側で原料ガスの吸着工程を行い、吸着タンクＡＴ１－Ａ、ＡＴ１－Ｂ、ＡＴ１－Ｃで分離したガスを排気する再生工程を行えばよい。

＜一実施形態の効果＞
斯かる構成によれば、以下のような効果が得られる。
(1) 径小な接続部を介して連通部に複数の吸着タンクが接続されることで、タンク間のガスの流入や排出の流量が均等化できる。
(2) 吸着ユニット内の吸着タンク８－１同士の処理タイミングが均一化されることで、製品ガスＳＧの供給処理の安定化が図れる。
(3) 複数のタンクが連通部で並列に接続されることで、部品数の削減による低コスト化や組立てもしくはメンテナンスの作業性の向上が図れる。
(4) ガス発生装置２の小型化、省スペース化が図れる。
(5) 共通の連通管を利用して、吸着タンク８－１に対する原料空気Ａｉｒの供給と排気ガスＥＧの排出処理を行うことで、省スペース化や部品数の削減などが実現できる。
(6) 複数のタンクを連通管により連携させることで、大型のタンクを利用せずに所望の流量のガス生成処理が実現できる。
(7) 複数のタンクを組み合せた吸着ユニットを運転制御により切替えることで、製品ガスＳＧの供給調整が可能となり、大小のガス需要に対して幅広く対応することができる。
(8) 小容量で同形状のタンク８をマトリクス状に配置列し、隣り合うタンク同士を連結させることで、ガス発生装置２内部に無駄なスペースを形成させず、装置の小型化が図れる。

（変形例）

以上説明した実施形態について、その特徴事項や変形例を以下に列挙する。

(1) 上記実施形態では、連通管２６、３０、５４について、ガスの流れ方向に対して一端側に管路や製品ガス管路が接続される場合を示したがこれに限らない。
複数のタンク８が接続される連通管２６、３０、５４の中央側に管路や製品ガス管路を接続してもよい。この場合、たとえば、複数のタンク８が接続された連通管２６、３０、５４の流れ方向に対して、左右方向に同数またはそれに近い数にタンク８を区分して管路を接続すればよい。これにより、連通管２６、３０、５４を介して管路とタンク８との間でガスを流す場合、その接続位置から各タンクまでの流路差を小さくすることができ、ガスに対する圧力損失の発生を低減できる。

(2) 上記実施形態では、全ての吸着タンク８－１に対して同量の原料空気Ａｉｒを流入させる場合を示したがこれに限らない。各吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ毎に、または吸着タンク８－１間で、原料空気Ａｉｒの供給量を異ならせてもよい。原料空気Ａｉｒの供給量は、たとえばタンク８の底部に設置される接続管の開口径を異ならせるほか、連通管５４の一部に流量調整手段を備えてもよい。
斯かる構成により、吸着ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ間で製品ガスＳＧの生成流量が異ならせることができる。

(3) さらに上記実施形態では、同容量の吸着タンク８－１を備えることで、ガス生成部Ｉ、ガス生成部ＩＩが同様のガス発生量である場合を示したが、これに限らない。ガス生成部Ｉ、ガス生成部ＩＩを構成する吸着タンク８－１の容積を異ならせることで、ガス生成部Ｉと、ガス生成部ＩＩのガス生成量を異ならせてもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

２ ガス発生装置
４ 台座
６ 載置面
８ タンク
８－１ 吸着タンク
８－２ 製品タンク
１０ ガス吸着部
１２ 製品ガス貯留部
１４ ガス供給・排気部
１５ 製品ガス流動部
１６ 蓋
１８ 支持軸
２０ 固定部材
２２ 給気管路
２４ 製品ガス排出管
２６、３０、５４ 連通管
２８ 製品ガス回収管
３２ 製品ガス管
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ 吸着ユニット
３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ 通気流路
３８ 流路
４０ 排気管路
４２ 分岐管
４４ 制御装置
４６ 表示・操作パネル
４８、５６、５８ 接続管
５０ 連結支持部
５２ 管路収納部
６０ 制御部
６２ プロセッサ
６４ メモリ
６６ タイマ
６８ 表示部
７０ Ｉ／Ｏ
７２ 計測部
７４ 排気部

Claims (5)

1. 原料ガスを取込む原料ガス供給管路と、
   同じ処理タイミングで前記原料ガスから製品ガスの生成処理を行う複数の吸着タンクと、
   前記製品ガスを貯める製品タンクと、
   複数の前記吸着タンクが並列に接続され、少なくとも共通の流路を通じて前記吸着タンクに対して原料ガスの供給と前記吸着タンク内の排気ガスを排出に利用する第１の連通管を含む連通部と、
   前記連通部と前記吸着タンクとの間に介在し、前記連通部と前記吸着タンクとを繋ぐ流路の少なくとも一部に前記連通部の内径よりも径小なオリフィスを備える接続部と、
   前記吸着タンクで発生した排気ガスを排気側に流す排気管路と、
   一端が前記第１の連通管に接続される第１の管路と、
   前記原料ガス供給管路と前記第１の管路と前記排気管路に接続され、切替え指示により、前記第１の管路に対して前記原料ガス供給管路または前記排気管路のいずれかに流路を切替える流路切替え手段と、
   前記流路切替え手段に対して前記切替え指示を出力して、製品ガスの吸着工程のタイミングで前記原料ガスの取り込みを実行させ、前記吸着タンクからの排気工程のタイミングで前記吸着タンク内の排気ガスを前記第１の連通管および前記第１の管路を通じて前記排気管路に導く制御部と、
   を備え、前記連通部に接続した複数の前記吸着タンクと前記製品タンクが一列に配置されることを特徴とするガス発生装置。
2. 前記連通部は、前記吸着タンクの一端側に接続され、生成された製品ガスを回収して前記製品タンクに流す第２の連通管を含み、
   一端が前記第２の連通管、他端が製品ガス供給管路に接続される第２の管路と、
   前記第２の管路に設置され、前記吸着タンクから前記製品タンクへの製品ガスの流入を規制する規制手段と、
   を備え、
   前記制御部は、前記吸着タンクから製品ガスの取り出し工程の実行タイミングで前記規制手段に対する開閉指示を出力する、請求項１に記載のガス発生装置。
3. 一列に配列された前記吸着タンクと前記製品タンクを含む第１の吸着ユニットと、
   前記第１の吸着ユニットと同様の構成であり、前記第１の吸着ユニットに隣接して配置される第２の吸着ユニットと、
   を備え、
   前記制御部は、前記第１の吸着ユニットと前記第２の吸着ユニットを異なるタイミングで製品ガスの生成処理を実行させることを特徴とする請求項１または２に記載のガス発生装置。
4. 隣接した前記第１の吸着ユニットの前記製品タンクと前記第２の吸着ユニットの前記製品タンクとを並列に接続させる製品ガス連通部と、
   前記製品ガス連通部に接続され、前記製品タンクから回収した製品ガスを排出側に流す製品ガス管路と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載のガス発生装置。
5. さらに、前記吸着タンクおよび前記製品タンクを載置させる載置面が形成された台座部を備え、
   前記吸着タンクおよび前記製品タンクが前記載置面上にマトリクス状に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載のガス発生装置。

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